激光技术第三章下2010.pptVIP

超短脉冲技术包括超短脉冲的产生、单一脉冲的选取、脉宽的压缩、脉冲的放大及超短脉冲的测量等，本节将分别讨论单一脉冲的选取和超短脉冲的测量两种技术。 3．6 单一脉冲的选取及超短脉冲测量技术 一、单一脉冲的选取 很多应用需要从锁模脉冲序列中选出单一脉冲，其方法主要有如下几种： 这种装置如图3．6—1所示。M1为全反镜，M2为半反镜（R＞50％)。电光开关可用泡克耳斯盒或克尔盒构成。偏振棱镜及电光调制器组成电光开关系统，开始时开关不起作用，偏振器调到最大透过率，泵浦后激光脉冲在腔内往返形成锁模。 1. 脉冲透射法 Vλ/4 由M2漏出的辐射，经透镜聚焦，击穿火花隙，经过脉冲形成网络，将高压脉冲(Vλ/4)加在电光调制器上，锁模脉冲两次经过开关，偏振方向旋转90。，这时偏振光不再透过偏振镜，只能从其界面上反射侧向输出，获得单一脉冲。此方法的缺点是工作阈值较高，腔内元件容易损坏，而且腔内元件多，容易产生标准具效应，且漏光严重，稳定性差。 Vλ/4 这种装置如图3.6-2所示。在两个正交的偏振棱镜P1和P2之间放一个泡克耳斯盒(或克尔盒)，在锁模激光器输出的一系列超短脉冲中，当一个脉冲经过时，由于两偏振棱镜正交，故光脉冲被偏振镜反射、经透镜聚焦，击穿火花隙，将半波电压(Vλ/2)矩形脉冲加到电光开关上。 2. 腔外选单一脉冲法 Vλ/2 在下一个脉冲通过电光开关时，其偏振面旋转90。，恰好通过正交的偏振棱镜，输出单一脉冲。至于选择脉冲序列中的哪一个脉冲，可通过调整火花隙击穿功率和由火花隙到电光开关的延迟时间来实现。一般选出脉冲序列中能量最大的脉冲。 Vλ/2 * 在染料激光器谐振腔内插入可饱和吸收染料，可以实现染料激光器的被动锁模。 1．工作原理 图3．3—4示出了被动锁模染料激光器的装置。若丹明6G染料作为激光增益介质,DODCI染料作为可饱和吸收体，调谐元件用以调节激光输出的波长范围。 二、染料激光器的被动锁模(一般了解) 相似，首先通过染料吸收体的非线性吸收和激光介质的放大作用,从涨落的噪声背景中选择出强涨落峰值,然后通过可饱和吸收体和激光介质饱和状态的联合作用，最终形成超短脉冲。不同之处在于激光染料的 染料锁模激光器产生超短脉冲的过程与固体激光器被动锁模 上能级弛豫时间短(纳秒量级)，因此使增益衰减在脉冲产生中起重要作用。通常染料吸收体的吸收截面大于增益介质的吸收截面，使吸收体达到饱和的能量小于使增益介质饱和的能量，从而使脉冲峰值得到的有效增益大于脉冲前沿得到的有效增益，这些都有利于脉冲的形成。 采用图3.3-5所示的谐振腔结构，分析腔内各种参数对锁模的影响。从速率方程出发，可以导出光脉冲的增益系数： 假定激活介质位于谐振腔的中央(t r = t 1)，可饱和吸收体紧靠全反射镜(t A= 0)，利用上述方程进行数值计算，得到如下结论： (1)锁模的稳定区范围与吸收损耗和增益的大小成正比；较大的吸收损耗产生较宽的稳定区，这时需要提高泵浦功率。 (2)稳定区范围非常敏感地依赖于在谐振腔内的周期与弛豫时间之比T／T a31，一般必须满足 0．1＜ T／T a31 ＜10 (3．3—10) 的条件，如果T／T a31太小，增益衰减后利用泵浦重新建立反转粒子数的时间不够。如果太大，脉冲前沿出现的强度涨落将增大，并导致多脉冲。 2．被动锁模染料激光器的结构 图3.3-6示出了一种连续锁模染料激光器的结构。主要包括光学谐振腔、染料激光介质、可饱和吸收体、泵浦源等。输出的脉冲宽度可达lps. 图3.3-7是产生飞秒量级的碰撞锁模激光器(CPM)原理示意图。在环形锁模激光器中有两个反向传播的脉冲，它们精确同步地到达可饱和吸收体，发生相干叠加效应，使可饱和吸收体中的光波电场(或者光强)呈现周期性分 picosecond femtosecond 布，产生光强的空间调制而形成空间“光栅”。在形成空间光栅的过程中，两脉冲能量的前沿被吸收，它的光强比单一脉冲使吸收体饱和快，而且由于吸收体的弛豫时间大于光脉冲宽度，脉冲后沿通过时，光栅的调制度仍然很大，便会受到后向散射而得到压缩。因此，在时域上，两个脉冲每经过可饱和吸收介质一次，前后沿受到切削，经过多次循环，将使脉冲得到的压缩加快。此外,由于脉冲相干叠加形成的驻波场，使可饱和吸收体中有效光场强度明显增加。 在频域上，由于非线性自相位调制效应，光场强度的增加必然导致频谱宽度的加宽，从而形成更窄的锁模脉冲。 由于染料的谱线宽，激光上能级的寿命短，因此染料锁模激光器可以输出比固体锁模